Forskere bygger den første 3D magnetiske logiske port

(Phys.org) - De integrerede kredsløb i stort set alle computere i dag er udelukkende bygget af transistorer. Men da forskere konstant forsøger at forbedre tætheden af ​​kredsløb på en chip, de ser på alternative måder at bygge kredsløb på. En alternativ metode bruger magneter i nanostørrelse, hvor magneterne besidder to stabile magnetiske tilstande, der repræsenterer de logiske tilstande "0" og "1."

Indtil nu, nanomagnetisk logik (NML) er kun blevet implementeret i to dimensioner. Nu for første gang, en ny undersøgelse har vist en 3D programmerbar magnetisk logisk port, hvor magneterne er arrangeret på en 3D måde. I sammenligning med 2D-porten, 3D-arrangementet af magneterne giver mulighed for en forøgelse af feltinteraktionen mellem nabomagneter og tilbyder højere integrationstætheder.

Forskerne, Irina Eichwald, et al., ved det tekniske universitet i München i München, Tyskland; og universitetet i Notre Dame i Notre Dame, Indiana, OS, har udgivet deres papir om 3D magnetisk logik gate i en nylig udgave af Nanoteknologi .

"Vi viste for første gang, at magnetfeltkobling kan udnyttes i alle tre dimensioner for at realisere magnetiske logiske computerkredsløb, og baner derfor vejen for nye teknologier, hvor der kan opnås høje integrationstætheder kombineret med lavt strømforbrug, " fortalte Eichwald Phys.org .

3D -magnetisk logikport består af tre inputmagneter, der påvirker den magnetiske tilstand af en outputmagnet. For at forberede udgangsmagneten, forskerne brugte en fokuseret ionstråle til at bestråle et 40 x 40 nm område af magneten for at ødelægge dens krystallinske struktur, oprettelse af en domænevæg. Når magnetfelterne fra de tre inputmagneter er placeret inden for 100 nm fra det bestrålede sted, domænevæggens magnetiske tilstand kan styres. Som resultat, udgangsmagneten kan skiftes mellem "0" og "1" tilstande.

Et vigtigt træk ved 3D magnetisk logisk port er, at en af ​​inputmagneterne er arrangeret i et ekstra lag i sammenligning med 2D magnetiske logiske porte. Tilføjelse af en tredje dimension øger mængden af ​​magnetisk område omkring outputmagneten med 1/3, og øger også indflydelsen af ​​hver inputmagnet med 1/6. Disse stærkere magnetiske effekter reducerer fejlfrekvensen og forbedrer portens funktionalitet. Inputmagneten i den tredje dimension programmerer også porten til at fungere som enten en NOR- eller NAND -port.

NML har flere potentielle fordele i forhold til transistorer. Det ene er, at der ikke er behov for elektriske ledninger eller sammenkoblinger, fordi beregningen udføres udelukkende af magnetiske interaktioner mellem nabomagneter. NML fungerer også med lavt strømforbrug, hvilket igen muliggør kombinationen af ​​logik og hukommelsesfunktionalitet i en enkelt enhed.

Der er også fordelen ved høje tætheder ved brug af NML, hvilket delvis er muligt på grund af den lille størrelse af 3D magnetiske porte (her, 700 x 550 nm). Selvom høje tætheder fører til problemet med vildfarne magnetfelter, der forstyrrer andre magneter end deres nærmeste naboer, forskerne bemærker, at tidligere forskning allerede er begyndt at diskutere og foreslå løsninger på disse problemer. Samlet set, NML kan have en række forskellige applikationer.

"Hovedaspektet ved 3D nanomagnetisk logik er, at du kan opbygge kredsløb, hvor et stort antal af computerprocesserne udføres samtidigt (nøgleordet er systolisk arkitektur), mens strømforbruget holdes på et minimum (da du kun behøver at generere et globalt magnetfelt, og så kan du klokke hele kredsløbet), "Sagde Eichwald." Applikationer er digital filtrering, dekodning og kryptografi. Her skal alle computerprocesser udføres med magneter. "

Resultaterne her baner vejen for udviklingen af ​​andre 3D-arkitekturer af NML-kredsløb i fremtiden.

"De fremtidige forskningsplaner er at undersøge en 3D fuld adderstruktur, med det lavest mulige antal magneter og det mindste arealforbrug, " sagde Eichwald.

© 2014 Phys.org